（电力系统及其自动化专业论文）发电厂及变电站电气倒闸操作票系统的研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 电力系统倒闸操作票是电力生产运行管理系统的重要工作之一。在 此本文提出一种新型的解决方法， 即利用电网网络结构连通性变化和电网操作规则 相结合的方法进行快速智能化生成操作票。本文提出的解决方法能实现自动开票、 图形开票等多种形式来生成操作票: 同时具有操作票校验、 存储、 打印、 统计等功。 主要工作如下: 1 、分析并提出开发操作票生成系统的意义。 2 、定义了操作票生成系统的基本结构。 3 、提出了新型的操作票生成系统的推理机制。 4 、设计了操作票生成系统的基本功能。 5 、实现了操作票生成系统各个基本功能。 关键词:网络连通性分析，操作规则，操作票 a b s t r a c t c o mma n d or d e r s h e e t . a n e w s o l u t i o n i s i s a n i m p o rt a n t w o r k f o r p o w e r s y s t e ms p r o d u c t i o n a n d p u t f o r w a r e f o r t h e p r o b l e m. t h a t i s , u s i n g c o n n e c t i v i t y c h a n g e i n p o w e r n e t w o r k s t r u c t u r e a n d o p e r a t i o n r u l e s . t h e c o m m a n d o r d e r s h e e t c a n b e g e n e r a t e d i n t e l l i g e n t l y . t h e s o l u t i o n p r e s e n t e d h e r e c a n r e a l i z e a u t o m a t i c , g r a p h i c o r d e r s h e e t g e n e r a t i o n , a n d a l s o p e r f o r m t h e f u n c t i o n a s o r d e r s h e e t c h e c k o u t , s a v i n g , p r i n t i n g a n d s t a t i s t i c s . t h e m a i n w o r k i s c o n c l u d e d a s f o l l o w i n g : 1 . t h e m e a n i n g o f c o m m a n d o r d e r s h e e t g e n e r a t i o n s y s t e m i s a n a l y z e d . 2 . t h e b a s i c s t r u c t u r e o f co mma n d o r d e r s h e e t i s d e f i n e d . 3 . a n e w r e a s o n i n g m e c h a n i s m i s p r e s e n t e d f o r c o m m a n d o r d e r s h e e t 4 . t h e b a s i c f u n c t i o n a r e d e s i g n e d f o r t h e c o m m a n d o r d e r s h e e t g e n e r a t i o n 5 . t h e b a s i c f u n c t i o n a r e a l s o r e a l i z e d u s i n g s o f t w a r e t o o l s . x u y o n g j i n ( p o w e r s y s t e m a n d i t s a u t o m d i r e c t e d b y p r o f . y a n g y i h a n k e y w o r d s : g r i d c o n n e c t i o n a n a l y s i s , c o m m a n d o r d e r r u l e , c o m m a n d o r d e r s h e e t 华北电力大学硕士学位论文 第一章绪论 1 . 1目前国内发电厂及变电站的基本概况 我国目前随着经济的迅猛发展，国内的电力应用到了空前的规模。 无论是装机 容量还是电站数量都在快速增长。电压等级从5 0 0 0, 2 2 0 k v , 1 1 0 k v , 6 6 k v , 3 5 k v 到 l o k v ; 接线形式从3 / 2 接线、 双母线接线、 单母接线、 桥型接线到各种简易接线; 开关型号及其保护方式更是多种多样; 这些现存的状况决定着电气设备的倒闸操作 千差万别，而电力生产运行中电气设备倒闸操作又是一项非常频繁而又重要的工 作， 往往电力重大事故的发生又都是由于电气设备倒闸误操作引起的。因此，正确 生成和严格管理操作票的使用工作是极为重要而又紧迫的工作。 本文就是论述关于 此方面的研究和共同探讨的课题，它将对我国电力生产安全运行起到直接的作用。 1 . 2 操作票系统研究的意义和必要性 电力工业是国民经济的基础产业，是国家的经济基础之一，它的安全稳定运行 对国民经济的发展有着重要的作用。 在电力系统的正常运行中，由于设备检修和运 行方式的变换， 必须经常进行系统的倒闸操作。 由于电力系统的倒闸操作非常频繁， 因而由误操作带来的事故占电力系统事故的相当大比例， 给系统的安全稳定运行带 来 很大威 胁。 因 此， 正 确的生 成和管理操作票的 执行是防止 误操作的 有力 保证。 开 出正确无误的操作票对电力生产运行人员有很高的要求，他们必须对电网的结构、 设备的状况和电力有关规定非常了解，具有较高的电力系统方面的专业知识， 而且 必须不受环境、情绪等各种因数的影响。如果编写操作繁琐费时、经验性强的工作 借助微机实现，尤其现实意义和必要性。 操作票系统通过对电网结构、接线型式、设备类型、电气状态等的网络分析， 按照电力系统运行规程及倒闸操作的防误要求， 系统自动建立设备间的动态防误逻 辑关系。运用图形建模工具对各种电气设备、拓扑关系、设备属性等进行处理;依 据推理机算法进行推理， 并调用规范的操作术语库生成操作票。 通过操作票签发审 核流程管理，实现操作票管理工作中拟票、审核、执行、审查等人机联合把关，保 障了“ 安规“ 中 两票三制” 措施的落实和有效执行。因此操作票系统应具有的功能: 操作票开票系统提供智能开票、 图形开票、 手工编辑开票、 典型票开票几种模式。 操作票培训系统模拟开票系统实现运行人员日常的培训和练功工作。 操作票管理系统提供丰富的操作票数据及各种运行数据的查询统计功能; 华北电力大学硕士学位论文 第一章绪论 1 . 1目前国内发电厂及变电站的基本概况 我国目前随着经济的迅猛发展，国内的电力应用到了空前的规模。 无论是装机 容量还是电站数量都在快速增长。电压等级从5 0 0 0, 2 2 0 k v , 1 1 0 k v , 6 6 k v , 3 5 k v 到 l o k v ; 接线形式从3 / 2 接线、 双母线接线、 单母接线、 桥型接线到各种简易接线; 开关型号及其保护方式更是多种多样; 这些现存的状况决定着电气设备的倒闸操作 千差万别，而电力生产运行中电气设备倒闸操作又是一项非常频繁而又重要的工 作， 往往电力重大事故的发生又都是由于电气设备倒闸误操作引起的。因此，正确 生成和严格管理操作票的使用工作是极为重要而又紧迫的工作。 本文就是论述关于 此方面的研究和共同探讨的课题，它将对我国电力生产安全运行起到直接的作用。 1 . 2 操作票系统研究的意义和必要性 电力工业是国民经济的基础产业，是国家的经济基础之一，它的安全稳定运行 对国民经济的发展有着重要的作用。 在电力系统的正常运行中，由于设备检修和运 行方式的变换， 必须经常进行系统的倒闸操作。 由于电力系统的倒闸操作非常频繁， 因而由误操作带来的事故占电力系统事故的相当大比例， 给系统的安全稳定运行带 来 很大威 胁。 因 此， 正 确的生 成和管理操作票的 执行是防止 误操作的 有力 保证。 开 出正确无误的操作票对电力生产运行人员有很高的要求，他们必须对电网的结构、 设备的状况和电力有关规定非常了解，具有较高的电力系统方面的专业知识， 而且 必须不受环境、情绪等各种因数的影响。如果编写操作繁琐费时、经验性强的工作 借助微机实现，尤其现实意义和必要性。 操作票系统通过对电网结构、接线型式、设备类型、电气状态等的网络分析， 按照电力系统运行规程及倒闸操作的防误要求， 系统自动建立设备间的动态防误逻 辑关系。运用图形建模工具对各种电气设备、拓扑关系、设备属性等进行处理;依 据推理机算法进行推理， 并调用规范的操作术语库生成操作票。 通过操作票签发审 核流程管理，实现操作票管理工作中拟票、审核、执行、审查等人机联合把关，保 障了“ 安规“ 中 两票三制” 措施的落实和有效执行。因此操作票系统应具有的功能: 操作票开票系统提供智能开票、 图形开票、 手工编辑开票、 典型票开票几种模式。 操作票培训系统模拟开票系统实现运行人员日常的培训和练功工作。 操作票管理系统提供丰富的操作票数据及各种运行数据的查询统计功能; 华北电力大学硕士学位论文 数据维护系统依据人员权限进行电气设备原始数据和系统运行数据的维护管理 功能; 操作票网络发布利用先进的网络技术，提供各种数据网络发布和流程签发功能， 电力运行操作票系统的开发， 对保障该电网的安全稳定运行具有重要的现实意 义。它不仅能保证生成的操作票正确性，而且也能保证操作票签发流程的规范性。 因此， 操作票的科学性开发和规范化的有效执行是避免发生误操作事故的保证， 是 电网安全运行的重要举措。 1 . 3 操作票系统的研究概况及发展前景 近年来，随着计算机网络技术的发展，国内先后开发了多种微机操作票系统， 基本的模式主要有手工编辑操作票、 调用典型操作票和基于专家系统的自动推理开 票。 手工操作票系统完全是通过手工输入实现的操作票， 此种方式无法以任何形式 对己形成的票加以验证，它对系统的安全运行存在着极大的隐患。典型操作票的使 用虽然提高了开票速度，但典型票毕竟是一张 “ 死票” ，实际操作时一、二次设备 的状态经常发生变化， 简单调用典型操作票， 不检查设备逻辑闭锁及变电设备的实 际运行方式，将导致严重的后果。况且典型操作票与实际的操作票有一定的差距， 而且典型操作票不可能包括许多特殊方式下的操作。 计算机自 动开票是对照操作任 务或操作前后的状态变化，自动进行判断、推理生成，但 目前没有一个系统能推理 产生各种方式下的特殊操作，使其实用性和安全性方面都受到严重限制。 上述三种方式的操作票系统， 只是强调操作票的生成。根据 电业安全操作规 程和变电站的实际工作流程，出具操作票只是整个操作票管理过程的一个部分， 而任何系统都不能直接出具完全正确的操作票， 往往需要进行部分的调整。 绝大多 数系统却忽略了这一重要事实， 使操作票的修改、审核、出票和后期管理分析等过 程处于完全失控的状态，给电力生产埋下了极大的安全隐患。 新型的操作票系统基本应具有以下的特征:( 1 ) 完全符合国家电力公司的有关 规定， 结合变电站的管理特点， 仿真现有管理模式;( 2 ) 在变电站实际结线图形界面 下，方便快捷地出具包括完整一、二次操作项的正确操作票;( 3 ) 在操作票生成和 模拟操作过程中可有效提高操作人员的操作技能;( 4 ) 具有包括操作票的生成、修 改、审核、发计划、审查和后期管理分析等全过程的安全控制;( 5 ) 系统采用平台 开发概念，使用户可以在本系统的基础上进一步开发更为丰富的应用系统;( 6 ) 可 与其它相关系统，如微机防误装置、s c a d a 系统、m i s 系统等进行有效地连接。 华北电力大学硕士学位论文 数据维护系统依据人员权限进行电气设备原始数据和系统运行数据的维护管理 功能; 操作票网络发布利用先进的网络技术，提供各种数据网络发布和流程签发功能， 电力运行操作票系统的开发， 对保障该电网的安全稳定运行具有重要的现实意 义。它不仅能保证生成的操作票正确性，而且也能保证操作票签发流程的规范性。 因此， 操作票的科学性开发和规范化的有效执行是避免发生误操作事故的保证， 是 电网安全运行的重要举措。 1 . 3 操作票系统的研究概况及发展前景 近年来，随着计算机网络技术的发展，国内先后开发了多种微机操作票系统， 基本的模式主要有手工编辑操作票、 调用典型操作票和基于专家系统的自动推理开 票。 手工操作票系统完全是通过手工输入实现的操作票， 此种方式无法以任何形式 对己形成的票加以验证，它对系统的安全运行存在着极大的隐患。典型操作票的使 用虽然提高了开票速度，但典型票毕竟是一张 “ 死票” ，实际操作时一、二次设备 的状态经常发生变化， 简单调用典型操作票， 不检查设备逻辑闭锁及变电设备的实 际运行方式，将导致严重的后果。况且典型操作票与实际的操作票有一定的差距， 而且典型操作票不可能包括许多特殊方式下的操作。 计算机自 动开票是对照操作任 务或操作前后的状态变化，自动进行判断、推理生成，但 目前没有一个系统能推理 产生各种方式下的特殊操作，使其实用性和安全性方面都受到严重限制。 上述三种方式的操作票系统， 只是强调操作票的生成。根据 电业安全操作规 程和变电站的实际工作流程，出具操作票只是整个操作票管理过程的一个部分， 而任何系统都不能直接出具完全正确的操作票， 往往需要进行部分的调整。 绝大多 数系统却忽略了这一重要事实， 使操作票的修改、审核、出票和后期管理分析等过 程处于完全失控的状态，给电力生产埋下了极大的安全隐患。 新型的操作票系统基本应具有以下的特征:( 1 ) 完全符合国家电力公司的有关 规定， 结合变电站的管理特点， 仿真现有管理模式;( 2 ) 在变电站实际结线图形界面 下，方便快捷地出具包括完整一、二次操作项的正确操作票;( 3 ) 在操作票生成和 模拟操作过程中可有效提高操作人员的操作技能;( 4 ) 具有包括操作票的生成、修 改、审核、发计划、审查和后期管理分析等全过程的安全控制;( 5 ) 系统采用平台 开发概念，使用户可以在本系统的基础上进一步开发更为丰富的应用系统;( 6 ) 可 与其它相关系统，如微机防误装置、s c a d a 系统、m i s 系统等进行有效地连接。 华北电力大学硕士学位论文 1 . 4本文的主要工作 采用功能强大的图形平台， 将发电厂及其变电站的电气一次、二次接线图进 行层次化处理，提高系统的扩展性和适应性，利用图论的知识，进行网络连通性的 分析， 利用其结果并结合电网操作规则形成防误逻辑判断功能: 采用工作流的方式， 进行网络操作票的签发流程管理， 确保操作票从生成到执行的全过程符合电力部门 的 电业安全操作规程的指导的思想。因此，本文已开展以下几个方面的工作: ( 1 )结合以往的研究成果，开发一种新型的操作票系统;具有独特的优点:采 用图、 模、 库一体化技术; 开发了 平台式设计结构; 利用解析方法解决一次设备操作原 则;利用规则库手段解决二次设备操作原则;采用防误冗余策略保证操作结果正确性; 规范的管理制度最终保证安全操作。 ( 2 )提出操作票的数据结构表示原则， 并根据电站接线的特点提出具体操作原 则;将电气设备元件描述具有各种属性定义的图元设备，图元设备之间具有自动生 成拓扑结构的连接关系。 ( 3 )建立网络连通性分析理论基础，将计算分析结果直接反映到生成操作票 中;利用网络连通性的变化去结合电网操作规则来自动判断电气操作的合法性。 ( 4 )设计了操作票生成系统的基本功能。结合新型的推理机制和产品开发过 程，设计了操作票系统的各个功能模块。 ( 5 )实现了操作票生成系统各个基本功能。 采用软件产品设计开发流程， 实现 了本文提出的操作票系统基本功能。 华北电力大学硕士学位论文 第二章操作票系统的基本结构 2 . 1发电厂及变电站倒闸操作规定 电气设备的倒闸操作必须根据值班调度员或值班负责人命令，受令人复诵无 误后执行。发布命令应准确、清晰、使用正规操作术语和设备双重名称，即设备名 称和编号。倒闸操作由操作人填写操作票。每张操作票只能填写一个操作任务。 停电拉闸操作必须按照断路器( 开关) 一一负荷侧隔离开关( 刀闸) 一一母线侧隔离 开关( 刀闸) 的顺序依次操作，送电合闸操作应按与上述相反的顺序进行。严防带负 荷拉合刀闸。 下列项目 应填入操作票内: 应拉合的断路器( 开关) 和隔离开关( 刀闸) ，检查 断路器( 开关) 和隔离开关( 刀闸) 的位置，检查接地线是否拆除，检查负荷分配，装 拆接地线，安装或拆除控制回路或电压互感器回路的熔断器( 保险) ，切换保护回路 和检验是否确无电压等。 操作票应填写设备的双重名称，即设备名称和编号。 操作票应票面应清楚整洁，不得任意涂改。操作人和监护人应根据模拟图板或 接线图核对所填写的操作项目，并分别签名，然后经值班负责人审核签名。特别重 要和复杂的操作还应由值长审核签名。 开始操作前，应先在模拟图板上进行核对 性模拟预演，无误后，再进行设备操作。操作前应核对设备名称、编号和位置，操 作中应认真执行监护复诵制。发布操作命令和复诵操作命令都应严肃认真，声音宏 亮清晰。必须按操作票填写的顺序逐项操作。每操作完一项，应检查无误后做一个 “ d ”记号，全部操作完毕后进行复查。操作票应先编号，按照编号顺序使用。作 废的操作票，应注明 “ 作废”字样，己操作的注明 “ 已执行”的字样。上述操作票 保存三个月。 上述规定是用户的操作原则，我们必须在此规则的基础上提炼出通用的规则， 在结合电网络的连通规则和图的理论，演绎出操作票的生成理论基础和解决的方 法，进而满足用户的实际需求， 解决电力生产过程中的实际问题，为电力安全生产 做出应有的贡献。 1 . 2 电网元件的数据结构定义 由于电力接线网络模型的复杂性以及实际的可视化要求，本系统采用完全的 面向对象技术设计了电力网络模型建模工具。提供电气设备一次元件模型的创建、 一次元件实例的创建、 一次元件的各种二次配置、 电力网络拓扑结构的自动生成等。 各种开票方式，都是建立在图形基础上的，图形建模不仅提供带有连接关系的矢量 图形，而且连带一次设备和二次装置的信息，智能操作票利用数据库保存的信息和 华北电力大学硕士学位论文 第二章操作票系统的基本结构 2 . 1发电厂及变电站倒闸操作规定 电气设备的倒闸操作必须根据值班调度员或值班负责人命令，受令人复诵无 误后执行。发布命令应准确、清晰、使用正规操作术语和设备双重名称，即设备名 称和编号。倒闸操作由操作人填写操作票。每张操作票只能填写一个操作任务。 停电拉闸操作必须按照断路器( 开关) 一一负荷侧隔离开关( 刀闸) 一一母线侧隔离 开关( 刀闸) 的顺序依次操作，送电合闸操作应按与上述相反的顺序进行。严防带负 荷拉合刀闸。 下列项目 应填入操作票内: 应拉合的断路器( 开关) 和隔离开关( 刀闸) ，检查 断路器( 开关) 和隔离开关( 刀闸) 的位置，检查接地线是否拆除，检查负荷分配，装 拆接地线，安装或拆除控制回路或电压互感器回路的熔断器( 保险) ，切换保护回路 和检验是否确无电压等。 操作票应填写设备的双重名称，即设备名称和编号。 操作票应票面应清楚整洁，不得任意涂改。操作人和监护人应根据模拟图板或 接线图核对所填写的操作项目，并分别签名，然后经值班负责人审核签名。特别重 要和复杂的操作还应由值长审核签名。 开始操作前，应先在模拟图板上进行核对 性模拟预演，无误后，再进行设备操作。操作前应核对设备名称、编号和位置，操 作中应认真执行监护复诵制。发布操作命令和复诵操作命令都应严肃认真，声音宏 亮清晰。必须按操作票填写的顺序逐项操作。每操作完一项，应检查无误后做一个 “ d ”记号，全部操作完毕后进行复查。操作票应先编号，按照编号顺序使用。作 废的操作票，应注明 “ 作废”字样，己操作的注明 “ 已执行”的字样。上述操作票 保存三个月。 上述规定是用户的操作原则，我们必须在此规则的基础上提炼出通用的规则， 在结合电网络的连通规则和图的理论，演绎出操作票的生成理论基础和解决的方 法，进而满足用户的实际需求， 解决电力生产过程中的实际问题，为电力安全生产 做出应有的贡献。 1 . 2 电网元件的数据结构定义 由于电力接线网络模型的复杂性以及实际的可视化要求，本系统采用完全的 面向对象技术设计了电力网络模型建模工具。提供电气设备一次元件模型的创建、 一次元件实例的创建、 一次元件的各种二次配置、 电力网络拓扑结构的自动生成等。 各种开票方式，都是建立在图形基础上的，图形建模不仅提供带有连接关系的矢量 图形，而且连带一次设备和二次装置的信息，智能操作票利用数据库保存的信息和 华北电力大学硕士学位论文 连接关系的矢量图形计算出正确的结果，因此正确完整建模是决定能否开出正确操 作票的基础。图形建模的流程如图所示。 图形建模的流程图 开始 进嘟诬喇 -元-元 辅助设计 网络建模 去 建立 网络模型 二次元件 设置 目标系统模型 操作票模块 其中: 元件模型以专用的数据文件格式存储元件模型数据，以备创建元件实例; 元件实例所有描述数据存放在系统数据库一次元件表中; 网络模型 以专有的数据文件格式存储网络模型数据，提供访问接口; 目 标系统模型包含数据库中一、二次元件表，及本模块存储的模型数据文件。 所有的图形实体拥有共同的数据结构定义a t o m es d a t a ，在此基础上在派生具有拓扑 功能的一次元件模型e l e m e n t _ d a t a ， 所有的建模工作都围绕该类进行解决。 以下为两个 类的大致形式。 华北电力大学硕士学位论文 c l a s s a t o m d a t a s h a p e c h a r c h a r s h a p e ; n a m e 8 1 ; t o o l t i p 4 8 / / 实体类属 / / 实体名称 / / 提示信息 c l a s s c e l e m e n t/ / 元件类的定义 a v - k e y - i n f o k e y l n f o ;/ / 元件检 索键 u l o n g t a g i d s t a t e ;/ / 元件状态变量索引 u l o n g t a g i d f l a s h ; / / 元件闪 烁变量索引 u l o n g t a g i d p o w e r ;/ / 元件着色变量索引 i n t n p o r t s u m ; 1 l 元件端子数目 a v - p o r t - i n f o * p p o r t i n f o ;/ / 端子 信息 c h a r b u s t y p e 1 6 ;/ / 母线类型 i n t i d ;/ / 数组下标码 i n t t y p e ;刀元件类型 i n t p h y s i c a l t y p e ;/ / 元件物理类型 i n t s t a t e ;/ / 元件开关状态 i n t e l e c t r i c s t a t e ;/ / 元件电 气状态 i n t v o l t a g e l e v e l ;/ / 元件所在电 压等级 b o o l i s s p a r e ;/ / 是否备用 b o o l i s i m p e d a n c e ;/ / 是否有阻抗 b o o l i s h a n d c a r t ;/ / 是否手车式( 断路器，隔离开关) c h a r l i n e d e s c r i p t i o n 4 8 ;/ / 线路描述 c h a r t w o l i n e d e s c r i p t i o n 6 4 ;/ / 设备间隔 c e l e m e n t ( ) 华北电力大学硕士学位论文 2 3 电网元件的表示方法和属性定义 电力系统设备元件通过系统提供图形绘制工具生成电力设备元件库，具体包括 为变压器、发电机、断路器、隔离开关、母线等设备元件类型；每个设备类型元件 可以通过元件属性定义，具体表现为设备带电的拓扑着色的颜色定义、开关元件的 闭合与断开的状态定义，设备的阻抗属性定义；每个设备的拓扑端子的定义等。例 如：三绕组变压器的相关属性：变压器在有电状态下三绕组的线圈应具备用户定义 的颜色；此设备具有阻抗属性；此设备具有三个对外连接端予。断路器的相关属性： 由电状态的颜色依据用户的条件定义；开关状态不同开关的表现形式不一样，如开 关闭合状态为红色、断开状态为绿色；断路器为无阻抗元件；此设备对外有两个连 接的端子等。 2 4 电网结构生成和拓扑关系的建立 利用上面生成的设备元件进行绘制变电站系统一次系统图，自动建立电网设备 元件之间的网络拓扑关系；通过每个元件的图元设备输入此设备的实际原始数据， 即设备名称、设备编码、电压等级等原始设备属性。这样电力系统的接线图就绘制 完毕，此图包含了电力网设备元件的拓扑关系、设备属性关系、设备原始数据等信 息。图例：设备原始属性设备编码、设备名称、电压等级、操作单位等信息。 图2 1设备一次原始数据建模 l o 华北电力人学硕士学位论文 一次元件的二次信息 图例：设备拓扑属性 图2 2 设备二次原始数据建模 图2 3 设备拓扑数据自动生成 2 5 小结 通过上述的电气元件的电气设备数据结构定义、图形定义，电力系统网络的绘 制、电网设备元件的拓扑关系自动生成、建立电网设备原始数据的输入，就完成了 电力网的数据模型建立；将各种电气设备元件归纳几种设备类型，并附有相应的设 备属性来定义元件，电力用户只需关注自己了解的设属性并将其录入即可。如设备 名称、编码等数据，其它功能皆由计算机处理，如拓扑关系、连通关系等c 华北电力大学硕士学位论文 第三章操作票生成的推理机制 电网设备元件的连通性关系是本操作票系统的核心基础。 利用电网结构的连通 性变化特征结合电网的操作规程， 进行推理电气操作的合法性。为此，电网设备元 件的连通性算法的是非常重要的理论基础。 3 . 1图及其网络矩阵的表示 图也称 “ 拓扑图” ，是节点和支路的集合，每条支路的两端都连接到相应的节 点上。电力系统的网络结构可以抽象成一个图，即将每个元件抽象成一条支路， 将 每个元件对外的连接端点视为图的节点， 这样一个电力系统的网络结构就被转化为 一个连通的图。 可以利用图的连通性特征进行分析电力网络图的连通性变化去解决 实际问题。 电力网络设备通过绘制平台的拓扑关系的节点号的标定，生成一个 n * n ( n = 0 . 1 . . . . . . n )个方阵，矩阵形成: 对角线数据为1 ，非对角线为0 ，然后再追加 n 和n + 1 列，n 列表示行所在的连通子集标志，当连通子集相同时标志数一致;n + l 列表示行元数所有的电源个数。 网络矩阵的表达方法， / * 节点数目为n 的矩阵结构描述 节点 i d 0 1 2 . . . i - 1 i - 1n - 1 n ( 子集标志)n + l源计数) 0 1 1 一1 i +l n -1 矩阵结构描述* / 华北电力大学硕士学位论文 第三章操作票生成的推理机制 电网设备元件的连通性关系是本操作票系统的核心基础。 利用电网结构的连通 性变化特征结合电网的操作规程， 进行推理电气操作的合法性。为此，电网设备元 件的连通性算法的是非常重要的理论基础。 3 . 1图及其网络矩阵的表示 图也称 “ 拓扑图” ，是节点和支路的集合，每条支路的两端都连接到相应的节 点上。电力系统的网络结构可以抽象成一个图，即将每个元件抽象成一条支路， 将 每个元件对外的连接端点视为图的节点， 这样一个电力系统的网络结构就被转化为 一个连通的图。 可以利用图的连通性特征进行分析电力网络图的连通性变化去解决 实际问题。 电力网络设备通过绘制平台的拓扑关系的节点号的标定，生成一个 n * n ( n = 0 . 1 . . . . . . n )个方阵，矩阵形成: 对角线数据为1 ，非对角线为0 ，然后再追加 n 和n + 1 列，n 列表示行所在的连通子集标志，当连通子集相同时标志数一致;n + l 列表示行元数所有的电源个数。 网络矩阵的表达方法， / * 节点数目为n 的矩阵结构描述 节点 i d 0 1 2 . . . i - 1 i - 1n - 1 n ( 子集标志)n + l源计数) 0 1 1 一1 i +l n -1 矩阵结构描述* / 华北电力大学硕士学位论文 电力网原始数据形成: / *节点数目为 n 节点 i d 0 1 2 . . . i 一 1 0 1 1 1 2 1 填写原则非开关元件 1 ，开关状态为合闸时添 1 ，否则为 o o 的矩阵结构描述 i i 一1 . . . n -1n ( 子集标志)n + l ( 源计数) i 一1 1 1 i +1 n -1 矩阵结构描述 * / 3 . 2网络连通性的判断和计算分析 电力网数据网络模型的建立及其电力网的原始矩阵的形成， 通过网络矩阵的关 联属性，进行分析网络的连通子集的个数和连通子集的电源属性。 节点与支路的集合，该集合中的节点与支路的连接关系可通过一节点一 节点关 联矩阵充分表达: a = a 二 n 、 nj 引. 2 二n 认l， 丁、!t 产 z 日 .- 式中 当 节点 i 与 节局间 无 支路 直接相连 当 节点i 与节局间有支路直接相连。 n 一 网络节点数 网络连通性检验算法 理论算法 定义矩阵 a为网络一级连通矩阵 a = a a = 丫l l x . a s 为二级连通矩阵 i , j = 1 , 2 , ， n 华北电力大学硕士学位论文 电力网原始数据形成: / *节点数目为 n 节点 i d 0 1 2 . . . i 一 1 0 1 1 1 2 1 填写原则非开关元件 1 ，开关状态为合闸时添 1 ，否则为 o o 的矩阵结构描述 i i 一1 . . . n -1n ( 子集标志)n + l ( 源计数) i 一1 1 1 i +1 n -1 矩阵结构描述 * / 3 . 2网络连通性的判断和计算分析 电力网数据网络模型的建立及其电力网的原始矩阵的形成， 通过网络矩阵的关 联属性，进行分析网络的连通子集的个数和连通子集的电源属性。 节点与支路的集合，该集合中的节点与支路的连接关系可通过一节点一 节点关 联矩阵充分表达: a = a 二 n 、 nj 引. 2 二n 认l， 丁、!t 产 z 日 .- 式中 当 节点 i 与 节局间 无 支路 直接相连 当 节点i 与节局间有支路直接相连。 n 一 网络节点数 网络连通性检验算法 理论算法 定义矩阵 a为网络一级连通矩阵 a = a a = 丫l l x . a s 为二级连通矩阵 i , j = 1 , 2 , ， n 华北电力大学硕士学位论文 ( o , 。 ， 飞， 当节点i 与节点i 间 无支路直接且经第 3 节点k 相连， 当节点i 与节点i 间有支路直接或经第 3 节点k 相连。 k = 1 , 2 , ， n , k 护i , i a - ， 为n - 1 级连通矩阵: a - = a a . . . a 二 a0-u1_ j , f1 , 2 , ， n 式中: 当节点i 与节点i 间 无支路直接且经其它 1 , 2 , . . . , n 一 2 个节点 相连， 当节点i 与节点i 间有支路直接或经其它 1 , 2 , . . . , n 一 2 个节点相连。 讨 矩阵 a - ， 的每一线性无关的行或列中 “ i ”元素对应的节点均处于同一连通子 集中。 实际算法 若矩阵a 第 i ( i = 1 , 2 , - - - , n ) 行中第k 列元素a , * 与第 j ( j = i + 1 , i + 2 , . . . ， n )行元素 中第k 列元素a ; ， 同为“ 1 ， 则第i 行中的其它“ 1 ” 元素均填入第 i 行的相应列中。 结果矩阵a 第 i 行中所有 “ 1 ”元素对应的节点处于同一连通子集中。 3 . 3网络连通性与电网操作规则的结合 3 . 3 . 1电气设备元件实质电气状态 依据电力生产生产过程中的规定， 对电力设备进行电气状态进行化分为: 运行、 热备、冷备、检修四种状态。转化为计算机程序的判断方法: 电气设备元件， 在同一连通子集内， 若存在至少一个电源元件，则该子集内所 有电气设备元件均表示为 “ 运行”状态。 电气设备元件， 在同一连通子集内， 若不存在电源元件， 则该子集内所有元件 均不为“ 运行” 状态， 将该连通子集内 所有元件视为一个元件组， 其周边开关元件 的开关状态决定该元件组的实质电气状态。 在同一连通子集内， 若存在一个检修状态元件， 则该子集内其它元件均为 “ 准 华北电力大学硕士学位论文 ( o , 。 ， 飞， 当节点i 与节点i 间 无支路直接且经第 3 节点k 相连， 当节点i 与节点i 间有支路直接或经第 3 节点k 相连。 k = 1 , 2 , ， n , k 护i , i a - ， 为n - 1 级连通矩阵: a - = a a . . . a 二 a0-u1_ j , f1 , 2 , ， n 式中: 当节点i 与节点i 间 无支路直接且经其它 1 , 2 , . . . , n 一 2 个节点 相连， 当节点i 与节点i 间有支路直接或经其它 1 , 2 , . . . , n 一 2 个节点相连。 讨 矩阵 a - ， 的每一线性无关的行或列中 “ i ”元素对应的节点均处于同一连通子 集中。 实际算法 若矩阵a 第 i ( i = 1 , 2 , - - - , n ) 行中第k 列元素a , * 与第 j ( j = i + 1 , i + 2 , . . . ， n )行元素 中第k 列元素a ; ， 同为“ 1 ， 则第i 行中的其它“ 1 ” 元素均填入第 i 行的相应列中。 结果矩阵a 第 i 行中所有 “ 1 ”元素对应的节点处于同一连通子集中。 3 . 3网络连通性与电网操作规则的结合 3 . 3 . 1电气设备元件实质电气状态 依据电力生产生产过程中的规定， 对电力设备进行电气状态进行化分为: 运行、 热备、冷备、检修四种状态。转化为计算机程序的判断方法: 电气设备元件， 在同一连通子集内， 若存在至少一个电源元件，则该子集内所 有电气设备元件均表示为 “ 运行”状态。 电气设备元件， 在同一连通子集内， 若不存在电源元件， 则该子集内所有元件 均不为“ 运行” 状态， 将该连通子集内 所有元件视为一个元件组， 其周边开关元件 的开关状态决定该元件组的实质电气状态。 在同一连通子集内， 若存在一个检修状态元件， 则该子集内其它元件均为 “ 准 华北电力大学硕士学位论文 当节点i 与节点j 间无支路直接且经第3 节点七相连， 当节点i 与节点j 间有支路直接或经第3 节点k 相连。 a n 。1 为n 一1 级连通矩阵： 。f 0 ，当节点i 与节点j 间无支路直接且经其它1 ，2 ，n 一2 个节点相连 。i l ，当节点i 与节点j 间有支路直接或经其它l ，2 ，”一2 个节点相连。 矩阵。的每一线性无关的行或列中“1 j ，元素对应的节点均处于同一连通子 集中。 实际算法 若矩阵彳第i ( i = i ，2 ，n ) 行中第k 列元素a ，。与第j ( j = i + 1 ，i + 2 ，r 1 ) 行元素 中第k 列元素a ，。同为“1 ”，则第j 行中的其它“1 ”元素均填入第i 行的相应列中。 结果矩阵a 第i 行中所有“1 ”元素对应的节点处于同一连通子集中。 3 3 网络连通性与电网操作规则的结合 3 3 1 电气设备元件实质电气状态 依据电力生产生产过程中的规定，对电力设备进行电气状态进行化分为：运行、 热备、冷备、检修四种状态。转化为计算机程序的判断方法： 电气设备元件，在同一连通子集内，若存在至少一个电源元件，则该子集内所 有电气设备元件均表示为“运行”状态。 电气设备元件，在同一连通子集内，若不存在电源元件，则该子集内所有元件 均不为“运行”状态，将该连通子集内所有元件视为一个元件组，其周边开关元件 的开关状态决定该元件组的实质电气状态。 在同一连通子集内，若存在一个检修状态元件，则该子集内其它元件均为“准 1 4 户 矿 爿燕 矿 ： 中式 华北电力大学硕士学位论文 检修”状态。 “准检修”状态：形式状态为非“检修”，同时与形式状态为“检修”的元件 连通的元件状态。 在同连通子集内不允许的元件电气状态组合( 状态冲突) ： x “运行”状态元件与其它任何状态元件 x “热备用”状态元件与其它任何状态元件 x “冷备用”状态元件与其它任何状态元件 x “检修”状态元件与其它任何状态( “准检修”状态除外) 元件 “断开”状态的开关元件的实质电气状态 一“热备用”：至少一端带电 “冷备用”：各端均不带电 一“检修”：各端均接地 系统开关状态空间，一般而占，对于具有1 1 个可操作元件的主接线系统，每个 可操作元件均有2 种开关状态( 断开、闭合) ， n 个元件共有2 “种开关状态组合， 这2 “个开关状态就构成该主接线系统的开关状态空间。在这2 “种状态中，多数是 没有多大实际意义的中间过渡状态，有实际意义的是那些能够确定元件( 组) 电气 状态的系统开关状态。i 一次完整的电气操作既是从系统的一个具有电气状态意义的开关状 态( 初始状态) 出发，每一项改变可操作元件开关状态的操作均产生一次n 系统的开关状态转移，最终达到系统的另具有电气状态意义的系统开关土 状态( 目标状态) 。操作项目的执行顺序决定了系统状态转移的安全性。中” 系统的哪些开关状态具有电气状态意义取决于系统的拓扑结构( 元件声 连接关系) 。 l 。 系统电气状态空间 ；线单元 华北电力火学硕士学位论文 元件( 组) 的所有电气状态的集合构成了系统的电气状态空间。设系统共有 m 个具有电气状态意义的元件( 组) ，每个元件( 组) 具有4 种电气状态，刚这m 个元件( 组) 共有4 ”种电气状态组合，这4 ”个电气状态即构成该系统的电气状态 空间。 系统的每一个电气状态必与一个开关状态相对应，即构成了从系统开关状态 空间到电气状态空间的映射。 示例：如右图所示接线系统，其中断路器d 和隔离开关g 。和g ：是可操作元件， 其开关状态“闭合”与“断开”分别以d 、g 。、g 。和d 、g 。、g 。表示，其状态转移空 间见下图。 图中椭圆框表示由3 个可操作元件的开关状态的不同组合所确定的系统状态， 有箭头直线和曲线表示状态转移关系，其中粗实线表示安全操作状态转移，细虚线 表示虽然本次转移是安全的，但潜伏着以后不安全操作的转移，粗虚线表示事故操 作状态转移，粗实线表示正确操作顺序的状态转移。图中不考虑两个或两个以上可 操作元件开关状态的同时变化所产生的状态转移( 这与实际操作过程是相吻合的) 。 图3 一l设备元件电气状态转换空间 1 6 华北电力大学硕士学位论文 元件组线路l 为不可操作元件，无开关状态变化，但其电气状态取决于开关状 态空间中可操作元件断路器d 、隔离开关g 、g 。( 应该还包括接地开关一一为使问 题简化，未列出) 的状态变化。图中表示出自元件g 。、d 和g 。构成的开关状态空间 到元件组l 和d 构成的电气状态空间的映射关系。 由此可见，电气操作所要解决的关键问题只有两个：为达目的所必须进行的 操作项目( 从结果反推自开关状态空间到电气状态空间的映射关系) ，执行操作 项目的先后顺序( 可操作元件开关状态的转移顺序) 。 3 3 2 操作原则隔离开关操作原则 作为隔离电器( 操作前后网络连通性改变) ： 接通前或断开后，其任一端节点为孤立节点。 接通前或断开后，两端均为无电源连通子集。 接通前或断开后，一端有电源另一端无电源、负荷和接地。 同一断路器两端的隔离开关，母线侧隔离开关合闸优先，出线侧隔离开关分闸 优先( 蕴含于6 ) 。 同一断路器两端的隔离开关，若均与或均不与母线直接连接，有电源侧隔离开 关合闸优先，负荷或无电源侧隔离开关分闸优先。 同一断路器两端的隔离开关，若均与或均不与母线直接连接，分支较多的一侧 隔离开关合闸优先，分支较少的一侧隔离开关分闸优先。 作为换路电器： 操作后o 阻抗网络连通性不变( 有并联支路，等电位操作) 。 接地开关操作原则 合闸前，其非地端节点上直接连接的其它所有开关元件断开。 合闸前，其非地端节点所属连通子集为无电源。 合闸前，验证其非地端节点直接连接的电气元件无电。 变压器中性点接地开关操作原则 变压器停送电操作前，合上( 检查) 其中性点接地开关( 确在合闸状态) 。 变压器送电操作后，其中性点接地开关是否断开取决于当时的运行方式或调度 命令。 变压器停电操作后，其中性点接地开关一般不再断开( 当需要测量高、中压绕 组对地绝缘或做高压试验时临时断开) 。 华北电力大学硕士学位论文 元件组线路 l为不可操作元件，无开关状态变化， 但其电气状态取决于开关状 态空间中可操作元件断路器 d ,隔离开关 g g z ( 应该还包括接地开关一一为使问 题简化，未列出)的状态变化。图中表示出自元件g d 和 g z 构成的开关状态空间 到元件